電動汽車跑幾年就得換電池?那是老黃曆了

編者按：本文來自微信公眾號「敲黑板」（ID:qiaoheiban8），作者：張超，36氪經授權發布。

人們為什麼不願意買電動汽車？

除了擔心家裡沒地方充電，出門跑不了長途，另一大顧慮就是電池衰減問題。

傳統印象中，「電動車跑個十萬八萬公裡，電池就報廢了」，「換個電池又要十萬八萬，比買臺新車還貴」。外加電池在車輛成本中佔了大頭，電動汽車的二手保值率也令人堪憂。

可是電動汽車發展到今天，動力電池真的還像手機電池那樣短命嗎？

最近，美國特斯拉Model 3車主卡齊·伊瑪曬出一份裡程清單，他的Model 3在2年中跑了10萬英裡（約16.1萬公裡），目前100%電量可以續航491公裡，比新車時僅衰減了5%。

卡齊·伊瑪的Model 3

1 特斯拉的電池衰減特別慢 

特斯拉的槽點很多，但鮮有人吐槽特斯拉的電池壽命。

在美國特斯拉車主社區Teslanomics上，一份針對2636輛特斯拉（多車型）電池健康狀況的車主調查顯示，大部分特斯拉在行駛10萬英裡（約16.1萬公裡）後，電池組仍保持了90%以上的有效容量。

Teslanomics針對特斯拉車主的調查

來自荷蘭和比利時的1462位特斯拉車主，也貢獻過一份調查報告：在前5萬英裡（8.1萬公裡），電池組普遍保持了95%有效容量，直到10萬英裡（16.06萬公裡），大部分電池組有效容量仍保持在92%以上。

特斯拉的電池壽命，不僅獲得車主普遍認可，也經受過極端工況考驗。

美國加州班車服務公司Tesloop，一直用特斯拉營運。

2016年，Tesloop第一輛Model S 90D投入營運，到2018年就跑到了40萬英裡（約64.4萬公裡），期間兩次更換電池組。

2018年，Tesloop第一輛Model S 90D跑到了40萬英裡

原裝電池組堅持到19.4萬英裡（約31.2萬公裡）才被更換，而且當時電池容量只衰減了6%。

新換的電池組壽命略短，在32.4萬英裡（約52.1萬公裡）就被換下，而且衰退幅度達到了22%，算是開報廢了，但這組電池其實也跑了20.9萬公裡，而且特斯拉官方認為，這套電池組存在組裝缺陷。

Tesloop的特斯拉

Tesloop還有一輛Model X，開到16萬英裡（約25.8萬公裡）時，電池只衰減了不到10%，直到32.5萬英裡（52.3萬公裡）首次更換電池組時，也才衰減了13%。

以這種衰減速度看，特斯拉車主幾乎無需為電池壽命擔心。

當然，不是所有的電動汽車都叫特斯拉。

2019年，加拿大遠程信息處理公司Geotab，通過收集全球6000輛純電動車的使用數據，得出純電動汽車平均每年衰減2.3%電量的結論。

調查涵蓋2012年至2019年發布的64款電動汽車，作為全球最暢銷純電動車型之一，日產聆風表現卻非常糟糕。

同為搭載24kWh電池組的車型，2013款聆風的電池在第7年衰減了20%，2014款的電池更短命，第5年就衰減了20%；2016款聆風更換了採用新技術的電池組，電池容量在第4年才下降了8%。

搭載24kWh電池組的聆風，2014年時曾以啟辰晨風之名國產，這款車的車主論壇裡，近年來最熱門的帖子就是怎麼換電池。

其中一位車主說，自己在2016年12月提了最後一批晨風，今年6月初跑到10萬公裡，電池容量還剩79.1%。

也就是說，10萬公裡電池報廢的說法，在老款聆風上完全成立。

2 影響電池壽命的關鍵因素 

都是鋰電池，為什麼特斯拉的電池壽命遠勝聆風？

答案似乎很簡單——電池壽命，主要取決於完全充放電循環次數。

電池放電過程，紅色的為鋰離子

特斯拉Model S 90D實際續航超過400公裡，每年跑2萬公裡，也就50次循環；24kWh電池組聆風的官方續航才175公裡，同樣跑2萬公裡，每年需要114次循環。

電池充電過程，紅色的為鋰離子

5年跑完10萬公裡，Model S 90D才經歷過250次循環，電池還很「年輕」，聆風卻多經歷了320次循環，電池自然短命。

續航裡程碾壓聆風，是因為特斯拉採用了能量密度更高的三元鋰電池，聆風卻選擇了更保守的方案——錳酸鋰電池。

特斯拉的三元鋰電池

保守，也可以說是信心不足，而特斯拉敢於使用更激進的電池方案，信心基於他們的BMS系統（電池管理系統），這是電控技術的最核心功能，也是電動汽車除電池系統、電機系統外的一大關鍵系統。

BMS系統，主要是為了降低電芯不一致性，對電池組安全和壽命的危害。

特斯拉的電池管理系統

無論電動汽車用哪種鋰電池，構成動力電池單元的電池組，都是由一顆顆電芯（電池單體）串、並聯而成。

正如世界上沒有兩片完全相同的樹葉，電池廠商也永遠造不出兩顆容量、內阻、開路電壓完全一致的電芯。

這種個體差異在出廠初始狀態非常細微，卻會隨著電池組連續充放電循環而累計，導致各電芯SOC(荷電狀態，SOC=0表示電池完全放電，SOC=1表示電池完全充滿)、電壓等狀態越來越不一致。

這種電芯間的不一致性，會從兩方面影響電池壽命：

一，電池組所有電芯同步充放電，因此電池組容量遵循木桶原理，取決於容量最差的那顆電芯。

二，不同電芯內阻不同，電流通過，內阻大的電芯發熱更多，溫度過高又會加速電芯劣化，劣化進一步升高內阻，惡性循環反覆作用，一旦高內阻電芯壽命終結，整個電池組就跟著壽終正寢。

電芯不一致性危害太大，所以電動汽車就需要用BMS系統（電池管理系統）做電池均衡，消除不同電芯的SOC差異，最大化整個電池組的可利用容量。

不同電池內部有不同的情況

具體來說，BMS會通過傳感器收集每個電芯和電池組的溫度、電壓、電流數據，再根據每個電芯的實際情況，來分配如何充電，比如哪個電芯已經充滿可以停止充電等，防止電芯不一致性隨著時間推移擴大。

3 特斯拉的電池長壽「秘方」 

對於特斯拉來說，三元鋰電池的高溫安全性較差，電芯不一致性帶來的危害更大。

為了將電芯初始不一致性降到極致，特斯拉直接採用了製造工藝最成熟的18650鋰電池（簡稱圓柱形鋰電池），而不是鋰聚合物軟包電池。

Model 3用的松下三元鋰電池

這又帶來了新的挑戰。

18650鋰電池單體容量很低，要為Model S提供充沛動力，整個電池包需要7104節鋰電池，每444節18650鋰電池組成一個電池組，16個電池組密密麻麻陣列排布在底盤上。

特斯拉電池包

為了同時管理好7104個電芯，特斯拉研發出了性能極為強悍的BMS系統，還使用了液冷溫控——冷卻液通過鋁管進入電池組內部，為電池做降溫保護。

此外，特斯拉每一組電池都有獨立的BMS系統、獨立的洩爆路徑和獨立的防爆閥，甚至每一節電池都由單獨的保險絲連接，一旦其中一節溫度過高，保險絲會自動熔斷，保護整個電池組。

三元鋰電池充電示意圖

反觀日產聆風，方案卻很糾結，一方面選擇了成本低、穩定性強但能量密度偏低的錳酸鋰電池，一方面為了集聚更高能量密度，使用了鋰聚合物軟包電池，每4個電池片疊成一個單元，總共48個鋰電池單元。

日產聆風和特斯拉model S電池對比

鋰聚合物軟包電池的一致性不如18650鋰電池，但勝在厚度薄、表面大，均熱、散熱能力不錯，因此聆風出於成本考慮，自信地採用了空氣冷卻系統，結果卻是經常發生電池過熱，不但電池壽命大打折扣，而且在美國等地，還引發過高溫天續航普遍大幅縮減的投訴。

由此可見，特斯拉電池壽命的超長待機，主要在於採用了續航更長的三元鋰電池，技術更先進的BMS系統和溫控更有效的液冷系統。

反過來說，以聆風為代表的早期電動汽車，10萬公裡電池報廢，也是因為這三塊做得不好。

4 為什麼現在不用擔心電池衰減 

如今，特斯拉的三元鋰電池、BMS系統+液冷系統方案，早已成為市場主流，近兩年推出的新車型，實際續航裡程都能超過400公裡。

根據國家最新質量認證標準，500次循環荷電量不低於90%，1000次循環荷電量不低於80%計，也就是說，一輛續航400公裡的電動汽車，理論上講電池行駛40萬公裡之後才會報廢。

馬斯克也公開表示，Model 3電池最低使用壽命為1500次充電循環，可以保證它行駛48-80萬公裡。

不過，40萬公裡終究只是個理論值，因為電池衰減還會受到車主使用習慣的影響。

洛杉磯人亞瑟·德裡森，是全球第一個將Model 3開到10萬英裡（16.06萬公裡）的車主，當時他的Model 3電池只衰減了2.5%，比卡齊·伊瑪的車更低，而且他在全美自駕遊期間，基本依賴特斯拉超級充電站網絡充電。

亞瑟·德裡森和他的特斯拉

德裡森透露，他一直堅持淺充淺放，10萬英裡內只有兩次將電量跑至10%以下，使用超充時也從不會一次充超過60%的電。

淺充淺放的習慣，確實有益於電池健康。

因為鋰電池的充放電過程，就是鋰離子嵌入脫出的過程，每次參與運動的鋰離子越少，跑得越慢，對結構破壞就越小。

放電深度（DOD）越大電池壽命越短

特斯拉也建議用戶，不要經常用超級充電站充電，不要經常將電量充到100%，在低電荷狀態下完成行駛之後，建議等3小時再充電。

也有試驗顯示：40%的DOD（放電深度）對延長電池壽命最佳，比如從100%SOC放電到60%左右。

40%的DOD可延長電池壽命

現在你也許懂了，為什麼手機電池衰減這麼厲害——不僅放電循環次數多，而且放電深度也高。

國家工信部規定，從2016年起，車企對電池、電機等核心部件必須提供8年或12萬公裡質保(以先到者為準)，很多企業也據此出臺了保修政策。

通常，質保期內電池衰減超過20%，更換和維修費用均由車企承擔，消費者無需擔心。

此外，還有一些中國車企通過「換/租電」模式，減輕消費者對電池衰減問題的顧慮。

除了一直走換電模式的蔚來，上汽、吉利等車企也陸續推出了可換電車型。

最後，電池技術仍在進步。

寧德時代電池製造工廠

寧德時代已研發出零衰減電池，可實現1500次循環內的零衰減，總循環壽命可達1.2萬次，目前這項技術已用於福建晉江的儲能電站試點項目，未來也可能用於車輛動力電池。

總而言之，如果你買的是大廠生產的主流電動汽車，而且不是用它來跑滴滴，如今幾乎無需為電池衰減擔心。

參考資料 

Electrek：Tesla Model 3 with 100,000 miles shows extreme low cost and minimal battery degradation

Geotab：What can 6,000 electric vehicles tell us about EV battery health?

Fleet Europe：The truth about battery degradation

Clean Technica: New Data Shows Heat & Fast-Charging Responsible For More Battery Degradation Than Age Or Mileage

Forbes :The Clock Is Ticking On Electric Car Batteries - And How Long They Will Last

A review on the key issues of the lithium ion battery degradation among the whole life cycle